Нулевой радиометр Советский патент 1993 года по МПК G01R29/08 

I Изобретение относится к пассивной радиолокации и может использоваться в технике измерения мощности слабых шумовых

игналов в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ).

Цель изобретения - повышение точноти и чувствительности измерений шумовых

с

сигналов квазистационарных тепловых поей.

На фиг. 1 представлена блок-схема нуевого радиометра; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы радиометра.

Предлагаемый нулевой радиометр содержит антенну 1, первый модулятор 2, примник 3. импульсный усилитель 4, фильтр

ысоких частот 5, синхронный фильтр 6, омпаратор 7,блок управления 8,выходную иину 9, согласованную нагрузку 10, термостатированную плату 11, активный генераор шума 12 с низкой шумовой температурой, второй модулятор 13.

Принцип работы радиометра заключается в следующем. Первый модулятор 2 по поступающим сигналам на его вход управления со второго выхода блока управления 8 попеременно подключает на вход приемника 3 на одинаковые промежутки времени tA и 12мод антенну 1 с шумовой температурой ТА и выход второго модулятора 13, соответственно. Второй модулятор 13 подключает поочередно на свой выход согласованную нагрузку 10, находящуюся при температуре То термостатированной платы 11, и активный генератор шума 16 с низкой шумовой температурой ТАГШ. Длительность их поступления на второй вход первого модулятора 2 переменна и зависит от управляющего сигнала с четвертого выхода блока управления 8. Для выбранной структурной схемы построения радиометра входной сигнал от антенны ТА может изменяться в пределах Тдгш-Т0, то есть при любых ТА должно выполняться условие .

00

со

00 4

о со

со

После усиления шумовых сигналов с выхода первого модулятора 2 в приемнике 3 по сверхвысокой частоте, квадратичного детектирования, усиления в импульсном усилителе 4, на выходе синхронного фильтра 6 будет наблюдаться импульсная периодическая последовательность сигналов, один полный период которой приведен на фиг, 2а, и в которой исключена постоянная составляющая напряжения в результате передачи ее через фильтр высоких частот 5 (в простейшем случае фильтр высоких частот представляет собой дифференцирующую RC-цепь).

На временной диаграмме (фиг. 2) вместо амплитуд напряжений импульсов на выходе синхронного фильтра приведены истинные значения входных температур шумовых сигналов, которые связаны с амплитудами напряжений коэффициентом передачи измерительного тракта, включающим в себя коэффициент усиления по сверхвысокой частоте, коэффициент передачи квадратичного детектора, коэффициент усиления импульсного усилителя.

На этой временной диаграмме для одного периода модуляции можно выделить длительности одинаковых по мощности импульсов шумового сигнала, поступающих на вход приемника 3. В начале первого полупериода (участок 1-2 на фиг. 2, а) на вход приемника 3 через первый вход второго модулятора 13 и второй вход первого модулятора 2 поступает сигнал от согласованной нагрузки 10 с температурой Т0. В этом же полупериоде (участок 2-3) на вход приемника 3 через второй вход второго модулятора 13 и второй вход первого модулятора 2 поступает шумовой сигнал от активного генератора шума 16 с температурой Тдгш. Во втором полупериоде (участок 3-4) на вход приемника 3 через первый вход первого модулятора 2 поступает сигнал от антенны 1 с температурой ТА.

На фиг. 2, а приведен период импульсных сигналов при произвольной длительности to поступления на вход приемника 3 сигнала от согласованной нагрузки 10. Так как постоянная составляющая напряжения в сигнале, действующем на выходе синхронного фильтра, исключена, то для одного периода сигнала справедливо равенство вольт-секундных площадей, расположенных выше и ниже нулевой линии, то есть в положительной и отрицательной областях напряжений, Откуда следует, что можно записать Si+S3 S2.

При изменении длительности t0 и, следовательно, изменении длительности подключения активного генератора шума (при

0

5

0

5

неизменной длительности полупериода) будет происходить плавный сдвиг периодической последовательности импульсов на выходе синхронного фильтра относительно нулевой линии вверх (вниз), все время выполняя условие равенства вольт-секундных площадей положительного и отрицательного импульсов для одного периода сигнала (постоянная составляющая напряжения исключена фильтром высоких частот). Если это изменение t0 проводить направленно так, чтобы выполнилось условие , то временная диаграмма примет другой вид, как показано на фиг. 2, б, для которой будет выполняться равенство Si Si или

(Т0-Т A)to(T A-T А Г м од-to)

Решая это равенство относительно to, пол- ТА - ТАШГ

учим to ймод

Из принципа работы первого модулятора 2 следует, что t2MOA tA tM. Длительность to подключения на вход приемника 3 согласованной нагрузки 10 переменна в зависимости от управляющего сигнала с четвертого выхода блока управления 8, и ее можно считать широтно-импульсным сигналом и обозначить 1Шис. С учетом вновь введенных обозначений получим

tujHC ТА - Тдшг

tM

0)

То - ТАГШ

Из формулы (1) следует, что при изменении сигнала от антенны ТА длительность tujHc подключения на вход приемника 3 согласованной нагрузки 10 будет пропорционально изменяться и принимать следующие значения: при , при

0

5

0

5

ТА ТАГШ+

Т0 -ТАГШ

tuivic

tM

при

2 - 1шис 2

. Откуда можно заключить, что длительность tumc сигнала от согласован ной нагрузки 10 линейно связана с сигналом ТА от антенны 1 и при изменении последнего в пределах от ТАГШ до Т0 изменяется от 0 до 1м, где ТАГШ и Т0 выполняют роль двух опорных величин. Нижний предел измеряемых антенных температур задается температурой ТАГШ активного генератора шума, а верхний предел измеряемых сигналов от антенны ограничивается величиной температуры То термостатированной платы и расположенной на ней согласованной нагрузки.

Таким образом, для представленной структуры радиометрического приемника цепь обратной связи автоматического регулирования (измерительный тракт - блок управления - второй модулятор) при изменении сигнала от антенны каждый раз подгоняет длительность поступления на

вход приемника шумового сигнала от согласованной нагрузки так, чтобы обеспечить равенство нулю напряжения на входе компаратора (выходе синхронного фильтра) в полупериод коммутации на вход сигнала от антенны.

В предлагаемой схеме радиометра второй модулятор 13 подобен первому модулятору 2. Активный генератор шума 12 - активный холодный шумовой источник представляет собой малошумящий транзисторный усилитель сверхвысоких частот, нагруженный на 50-омный безиндукционный резистор и подключенный входом ко второму входу второго модулятора 13. Блок управления 8 (подробно описанный в прототипе) организует последовательность переключений модуляторов, что приводит к получению на выходе синхронного фильтра 6 импульсных сигналов, как на фиг. 2. При известной разрядности двоичного и реверсивного счетчиков блока управления 8 можно перейти в формуле (1) от длительностей сигналов к их цифровым эквивалентам, а

именно tM(NMaicc+1)treH, где Ммакс - МЭКСИмально возможный цифровой код двоичного счетчика, после которого происходит переполнение счетчика, tren - период тактового генератора блока управления, tujHc Npc4 treH. где Npcv - цифровой код. содержащийся в реверсивном счетчике и являющийся выходным цифровым кодом Nubix прибора, поступающим на шину 9. После подстановки формула (1) примет вид:

NPC4 мгем -(МмаксНКен, I о I АГШ.

или после сокращения тген:

(NM.KC+I)

I о IАГШ

С выхода прибора цифровой код М8ых может быть подвергнут дальнейшей обработке, накоплению результатов измерений, коррекции, расчету действительного значения цифрового кода измеряемого сигнала путем сложения МВых с цифровым эквивалентом известного сигнала от активного генератора шума.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить точность и чувствительность нулевого метода измерений, В радиометре использование активного генератора шума с низким значением шума, определяющим нижний предел измеряемого сигнала от антенны, позволяет снизить порог обнаружения измерительного сигнала и повысить флуктуационную чувствительность прибора, В приведенном радиометре отсутствует генератор шума и направленный ответвитель, и тем самым не оказывается влияния в виде шумового воздействия на исследуемый объект,

Формула изобретения Нулевой радиометр, содержащий антенну, согласованную нагрузку, термостатированную плату и последовательно

соединенные модулятор, приемник, импульсный усилитель, фильтр высоких частот, синхронный фильтр, компаратор, блок управления, причем модулятор и согласованная нагрузка находятся в тепловом контакте

с термостатированной платой, первый выход блока управления подключен к управляющему входу синхронного фильтра, второй вход компаратора подключен к общему проводу, второй выход блока управления соединен с управляющим входом модулятора, а третий является выходом нулевого радиометра, отличающийся тем, что. с целью повышения точности и чувствительности измерения шумовой температуры квазистационарных радиотепловых полей, введены активный генератор шума и второй модулятор, установленные на термостатированной плате и находящиеся с ней в тепловом контакте, первый вход второго модулятора соединен с согласованной нагрузкой, второй вход - с активным генератором шума, управляющий вход - с четвертым выходом блока управления, а выход второго модулятора соединен с вторым входом первого модулятора, первый вход которого соединен с антенной.

фиг/

Изобретение относится к устройствам массивной радиолокации и может быть использовано при измерении мощностей слабых шумовых сигналов в диапазоне СВЧ. Нулевой радиометр содержит антенну, первый модулятор, приемник, импульсный усилитель. Фильтр высоких частот, синхронный фильтр, компаратор, блок управления, выходную шину, согласованную нагрузку, тер- мостатированную плату, активный генератор шума и второй модулятор. 2 ил.

а

ФШ